Review Jurnal Sifat-sifat Keramik
1.
Judul Jurnal
: Thermal, Structural and Electrical Properties of Fluorine-doped
Li3.6Al0.8Ti4.0P7.6O30-x/2Fx (x = 0, 0.5, 1, 2) Glass-ceramic Electrolytes
Sifat Keramik
 Sifat Thermal
Differential Scanning Calorimetry (DSC) digunakan untuk menganalisis karakteristik
reaksi termal yang berkaitan dengan transisi fasa sampel gelas (glass) pada temperatur yang
berbeda. Kurva DSC untuk gelas Li3.6Al0.8Ti4.0P7.6O30-x/2Fx (x = 0, 0.5, 1, 2) ditampilkan
dalam Gambar 1. Mengingat bahwa energi bebas dari fasa kristal lebih rendah dari
komposisi gelas, proses presipitasi fasa kristal umumnya disertai dengan reaksi eksotermik.
Oleh karena itu, kurva DSC dapat digunakan untuk membedakan suhu kristalisasi (Tc) yang
sesuai dengan puncak eksotermik dan suhu transisi gelas (Tg) bersama dengan titik
infleksinya yang memainkan peran penting dalam memahami sifat fisik gelas.
Gambar 1 Kurva DSC dari gelas Li3.6Al0.8Ti4.0P7.6O30-x/2Fx (x = 0, 0.5, 1, 2)
Berdasarkan kurva DSC, ditemukan bahwa suhu transisi gelas (Tg) sedikit meningkat
dengan kandungan F yang menunjukkan penguatan struktur network. Dapat disimpulkan
bahwa doping fluorin meningkatkan konversi pirofosfat (Q1) ke kelompok metafosfat (Q2)
dalam struktur network gelas, yang akhirnya meningkatkan jumlah bridge oxygen dalam
gelas, sehingga Tg yang relevan akan meningkat. Namun, suhu kristalisasi (Tc) dari semua
sampel gelas hampir sama, dikarenakan sedikit kandungan doping fluorin, dengan perbedaan
kecil dalam komposisi dan fasa kristal konstan. Sebagai konsekuensinya, dalam proses
perlakuan panas berikutnya, suhu anil yang sama harus diterapkan pada setiap sampel gelas.
Perbedaan antara temperatur puncak kristalisasi dan temperatur transisi gelas
didefinisikan sebagai DT (Tc-Tg), yang mencerminkan stabilitas termal gelas. Parameter
stabilitas termal (DT) ditampilkan dalam Tabel 1. Nilai DT yang lebih rendah menandakan
bahwa gelas lebih cenderung mengkristal. Ditemukan bahwa DT menurun dari 83°C menjadi
58°C dengan peningkatan kandungan fluorida, yaitu stabilitas termal secara bertahap
melemah. Ini menunjukkan bahwa dekomposisi fluorida bermanfaat bagi reaksi transfer
massa selama proses pembentukan kristal atau meningkatkan tren kristalisasi amorf. Sebagai
bahan fluks, fluorida dapat mengurangi porositas dan residual glass phase secara efektif,
serta mendapatkan mikrostruktur yang lebih padat.
Tabel 1 Parameter DSC dari gelas Li3.6Al0.8Ti4.0P7.6O30-x/2Fx (x = 0, 0.5, 1, 2)
Sampel
Nominal Formula
Tg/°C
Tc/°C
T (Tc – Tg)/°C
X1
Li3.6Al0.8Ti4.0P7.6O30
559
642
83
X2
Li3.6Al0.8Ti4.0P7.6O29.75F0.5
565
642
77
X3
Li3.6Al0.8Ti4.0P7.6O29.5F1.0
569
642
73
X4
Li3.6Al0.8Ti4.0P7.6O29F2.0
589
647
58

Konduktivitas AC
Gambar 2 Spektra Impedansi keramik-gelas Li3.6Al0.8Ti4.0P7.6O29.75F0.5 yang Dianil
Impedansi AC adalah hal yang penting dalam menyelidiki dinamika dan fenomena
permukaan elektroda dan konduktivitas elektrolit padat. Karena sulit untuk membedakan
perilaku impedansi butir dan batas butir dalam spektra impedansi, jurnal ini hanya akan
membahas ketahanan total sampel keramik gelas. Gambar 2 menunjukkan spektra impedansi
(25°C) dari Li3.6Al0.8Ti4.0P7.6O29.75F0.5 yang dianil pada 700°C, 800°C, 900°C, 1000°C.
Konduktivitas yang diperoleh dari sampel Li3.6Al0.8Ti4.0P7.6O30-x/2Fx (x = 0, 0.5, 1, 2)
ditampilkan dalam Tabel 2. Dapat dilihat bahwa konduktivitas ionik sampel keramik-gelas
yang dianilkan pada 700°C atau 800°C jauh lebih kecil daripada sampel dengan suhu anil
yang lebih tinggi. Menurut gambar SEM, diketahui bahwa karena adanya sejumlah besar
pori-pori di keramik-gelas setelah anil pada suhu yang lebih rendah, kontak antara butir
kurang dan konduksi ion diblokir. Dengan membandingkan konduktivitas keramik kaca tanpa
doping atau F pada dua suhu anil ini, disimpulkan bahwa konduktivitas total keramik kaca
Li3.6Al0.8Ti4.0P7.6O29.75F0.5 lebih tinggi daripada sampel lainnya. Hal ini dapat dikaitkan
dengan fakta bahwa fluorida sebagai agen fluks dapat meningkatkan kecenderungan
kristalisasi gelas amorf, meningkatkan presipitasi fasa kristal konduktif.
Tabel 2 Konduktivitas Total dari sampel keramik-gelas Li3.6Al0.8Ti4.0P7.6O30-x/2Fx (x = 0, 0.5,
1, 2) yang Dianil Selama 10 Jam
Konduktivitas Total ( 10-6 S cm-1
Temperatur Anil (°C)
X1
X2
X3
X4
700
0.376
0.427
1.13
0.462
800
6.19
15.0
8.01
6.89
900
1000
28.0
22.6
38.5
24.0
16.8
18.5
18.1
22.1
Dari data konduktivitas hampir semua sampel keramik-gelas menunjukkan konduktivitas
tertinggi setelah anil pada 900°C. Terutama ketika kandungan F-doping (x) sama dengan 0.5,
total konduktivitas adalah yang tertinggi. F-doping dapat membatasi presipitasi fasa
heterogen AlPO4 dan LiTiPO4 dan mengurangi efek buruk dari fasa heterogen ini pada
konduksi ionik sampai batas tertentu. Namun, ketika kandungan F-doping semakin
meningkat, nilai resistensi malah meningkat. Disimpulkan bahwa distorsi kisi yang
disebabkan oleh doping berlebihan dari ion asing akan mengakibatkan gangguan struktur
jenis NASICON yang sangat konduktif. Ketika suhu anil ditingkatkan menjadi 1000°C,
terlihat bahwa morfologi mulai retak dan fasa heterogen non-konduktif AlPO4 lebih mudah
terbentuk di keramik-gelas setelah anil suhu tinggi yang berlebihan. Menurut teori bricklayer
model (BLM), konduktivitas batas butir dan ketebalannya memainkan peran penting dalam
konduktivitas listrik dari bahan elektrolit. Meskipun peningkatan suhu anil lebih lanjut
bermanfaat bagi pertumbuhan kristal, hal tersebut justru lebih mudah membentuk retakan
pada batas-batas butir, sehingga mengurangi kepadatan keramik-gelas dan memperlambat
efisiensi migrasi ion.
(Xu, et al., 2021)
2.
Judul Jurnal
:
Effect of Strontium Substitution on Structural, Sinterability,
Physicomechanical and Biological Properties of Akermanite Ceramic
Sifat Keramik
Gambar 3 Hasil Uji FESEM yang Dietsa secara Thermal dari Ca2MgSi2O7 dan
Ca1.9Sr0.1MgSi2O7 Setelah Sintering
Sifat fisik Ca2MgSi2O7 dan Ca1.9Sr0.1MgSi2O7 setelah sintering pada 1200–1250°C
dirangkum dalam Tabel 3. Penyusutan linear dan densitas relatif dipengaruhi oleh suhu
sintering dan penggantian Sr ke Ca2MgSi2O7. Hal ini dikonfirmasi lebih lanjut oleh
mikrograf FESEM di Gambar 3. Peningkatan penyusutan linier dan densitas relatif dapat
ditentukan oleh peningkatan sinterability keramik Ca2MgSi2O7 karena kehadiran Sr. Radius
ionik Sr2+ (1.13 Å) yang lebih tinggi daripada Ca2+ (1.00 Å) meningkatkan dimensi kristal
sehingga meningkatkan transfer atom dan mempercepat densifikasi Ca2MgSi2O7. Korelasi
proporsional antara densifikasi dan penyusutan linear adalah bahwa densifikasi ditingkatkan
dengan meningkatkan penyusutan linear yang mengarah pada penghapusan pori. Hasil
penyusutan linear dalam penelitian ini konsisten dengan densitas relatif. Ukuran butir ratarata dan densitas sintering merupakan 2 faktor kunci yang mempengaruhi sifat mekanik
keramik selama sintering pada temperatur tinggi. Substitusi Sr akan menurunkan porositas
dan ukuran butir yang mengarah pada peningkatan sifat mekanik.
Tabel 3 Sifat fisik dari Ca2MgSi2O7 dan Ca1.9Sr0.1MgSi2O7 Setelah Sintering
Penyusutan Linear (%)
Densitas Relatif (%)
Komposisi
Temperatur (°C)
1200
1225
1250
1200
1225
1250
17.22
22.47
27.28
63.72
77.03
93.64
Ca2MgSi2O7
0.13
0.19
0.13
0.12
0.2
0.22
19.31
26.67
29.15
66.64
85.59
95.61
Ca1.9Sr0.1MgSi2O7
0.13
0.18
0.13
0.14
0.35
0.3
Dalam penelitian ini, sifat mekanik Ca2MgSi2O7 setelah sintering ditingkatkan oleh
substitusi Sr (Tabel 4). Kekuatan keramik menurun seiring meningkatnya ukuran butir dan
porositas. Nilai untuk flexural strength Ca2MgSi2O7 setelah sintering pada 1200°C dan
1225°C dan 1250°C secara berurutan menunjukkan kenaikan sebesar 20.50%, 26.89%, dan
33.43%. Nilai flexural strength Ca2MgSi2O7 dan Ca1.9Sr0.1MgSi2O7 pada penelitian
sebelumnya adalah 15–27 MPa dan 19–34 yang dekat dengan human cancellous bone (10–20
MPa).
Tabel 4 Sifat Mekanik dari Ca2MgSi2O7 dan Ca1.9Sr0.1MgSi2O7 Setelah Sintering
Flexural Strength (%)
Modulus Elastis (%)
Komposisi
Temperatur (°C)
1200
1225
1250
1200
1225
1250
15.95
27.51
33.26
22.03
41.68
67.18
Ca2MgSi2O7
0.91
0.21
1.28
0.17
0.2
0.24
19.22
34.91
44.38
48.91
8359
84.73
Ca1.9Sr0.1MgSi2O7
1.26
1.91
2.91
0.17
0.35
0.16
Setelah diteliti, modulus elastis dari Ca2MgSi2O7 adalah 48 GPa dan hasilnya mirip
dengan yang ada pada literatur. Namun, substitusi Sr akan meningkatkan modulus elastis
Ca2MgSi2O7 sebanyak 2 kali hingga 99 GPa. Menurut penelitian sebelumnya, modulus elastis
dari hidroksiapatit (HA) adalah lebih rendah dari 122 GPa. Oleh karena itu, kemungkinan
modulus elastis Ca2MgSi2O7 dan Ca1.9Sr0.1MgSi2O7 yang lebih rendah akan membuat
keramik lebih cocok dengan biokeramik dibandingkan sintered HA.
(Mohammadi, Ismail, Shariff, & Noor, 2021)
3.
Judul Jurnal
: Structure and Mechanical Properties of Ceramic Materials Based on
Alumina and Zirconia with Strontium Hexaaluminate Additives
Sifat Keramik
Tabel 5 Microhardness, Bending Strength, dan Fracture Toughness dari Sintered Materials
Fracture
Fracture
Bending
Toughness
Toughness
Microhardness
Seri Spesimen
Strength
(metode
(metode
(Hv0.5)
1/2
(MPa m )
SEVNB),
indentasi),
MPa m1/2
MPa m1/2
100A
2200 150
440 65
3.5 0.3
4.3 0.5
100(A-3SrA6)
2100 150
410 40
4.0 0.3
5.1 0.5
80A-20Z
2000 50
700 40
4.4 0.5
4.5 0.5
80(A-3SrA6)-20Z
2000 50
620 45
5.4 0.2
7.0 2.0
70A-30Z
1940 30
760 45
6.5 0.3
4.9 0.5
70A(A-3SrA6)-30Z
1940 40
730 100
6.8 0.4
5.5 1.0
50A-50Z
1820 50
950 50
6.5 0.3
5.0 0.5
50A(A-3SrA6)-50Z
1810 30
780 50
8.7 0.7
6.0 0.3
15A-85Z
1420 50
840 40
6.6 0.3
4.0 0.5
15A(A-3SrA6)-85Z
1410 30
680 30
6.7 0.4
4.5 0.4

Microhardness
Tingkat microhardness yang diamati dan pengurangannya dengan penurunan kandungan
alumina dari bahan keramik komposit sesuai dengan yang diamati dalam penelitian
sebelumnya (Tabel 5). Fluktuasi microhardness yang signifikan mencirikan spesimen
keramik berbasis alumina. Hal tersebut terjadi karena perilaku anisotropik yang stabil dari
butir alumina dan ukurannya yang lebih besar dibandingkan dengan diagonal indentasi yang
ditinggalkan oleh indentor. Strontium hexaaluminate tidak secara signifikan berkontribusi
pada tingkat microhardness dari bahan yang dianalisis.

Bending Strength
Alumina-based keramik biasanya memiliki bending strength yang rendah (Tabel 5).
Pengenalan 20%wt ZrO2 ke dalam matriks alumina menghasilkan ~75% peningkatan
bending strength material, yang dikaitkan dengan pengurangan ukuran butir material.
Bending strength sebesar 950 ± 50 MPa diamati dengan adanya peningkatan hingga 50%wt
dalam kandungan zirkonia. Namun, pengujian ini mengungkapkan adanya penurunan tajam
bending strength dari 15(A-3SrA6)-85Z yang mengandung 85%wt ZrO2, yang berkorelasi
baik dengan pengurangan densitas relatifnya. Pembentukan SrAl12O19 pada semua bahan
sintering menghasilkan penurunan tingkat kekuatannya sebesar 11%–18%. Efek ini dikaitkan
dengan munculnya cacat tambahan dalam bentuk microcracks pada batas-batas antara
platelets SrAl12O19 dan butir matriks.

Fracture Toughness (ditentukan dengan metode SEVNB)
Faktor intensitas critical stress (KIC) ditentukan oleh metode SEVNB. Nilai pengujian
yang diperoleh diberikan dalam Tabel 6. Pengujian ini memungkinkan penguji untuk
menentukan tingkat KIC, yang merupakan karakteristik fracture toughness dalam volume
material. Pertumbuhan linear level KIC ditentukan dalam kisaran 3.5 ± 0.5 hingga 6.5 ± 0.3
MPa m1/2 untuk material sistem Al2O3–ZrO2 dengan kenaikan kandungan zirkonia hingga
30%wt. Dapat disimpulkan bahwa ZrO2 dan SrAl12O19 berkontribusi pada pertumbuhan
fracture toughness. Peningkatan lebih lanjut pada konsentrasi ZrO2 tidak memiliki efek yang
signifikan pada fracture toughness keramik.
Tabel 6 Ukuran Strontium Hexaaluminate Platelets
Seri Spesimen
Panjang ( m)
100(A-3SrA6)
2.60 0.25
80(A-3SrA6)-20Z
2.40 0.50
70(A-3SrA6)-30Z
1.30 0.25
50(A-3SrA6)-50Z
1.00 0.20
15(A-3SrA6)-85Z
0.80 0.20
Lebar ( m)
0.50 0.02
0.50 0.02
0.40 0.02
0.20 0.02
0.20 0.02
Rasio Aspek
5.2
4.8
4
5
4
Pembentukan platelets SrAl12O19 dalam struktur material keramik meningkatkan fracture
toughness seri 80(A-3SrA6)-20Z dan 50(A-3SrA6)-50Z dibandingkan dengan material yang
memiliki proporsi komponen ZrO2 yang sama. Spesimen 50(A-3SrA6)-50Z memiliki nilai
KIC tertinggi (hingga 9 MPa m1/2), yang hampir tiga kali lebih tinggi daripada seri 100A.
Dalam penelitian ini, sebagian besar KIC ditentukan menggunakan metode SEVNB dalam
sesuai dengan nilai yang ditentukan secara eksperimental.

Fracture Toughness (ditentukan dengan metode indentasi)
Evaluasi efek konstituen tertentu pada sifat crack propagation dan besarnya fracture
toughness material sangat menarik dalam penelitian ini. Untuk penilaian yang akurat maka
digunakan metode berdasarkan indentasi spesimen keramik.
Tabel 5 mencantumkan nilai KIC yang ditentukan melalui indentasi spesimen yang
dipoles. Dalam penelitian ini, efisiensi penambahan zirkonia dan strontium hexaaluminate
terhadap material dalam mencegah crack propagation dikonfirmasi. Nilai KIC tertinggi
tercatat untuk seri 80(A-3SrA6)-20Z. Jika dibandingkan dengan seri 80A-20Z, nilai fracture
toughness ~65% lebih tinggi.
(Cherkasova, Veselov, Bataev, Kuzmin, & Stukacheva, 2021)
Daftar Pustaka
Cherkasova, N., Veselov, S., Bataev, A., Kuzmin, R., & Stukacheva, N. (2021). Structure and
Mechanical Properties of Ceramic Materials Based on Alumina and Zirconia with
Strontium Hexaaluminate Additives. Materials Chemistry and Physics, 259.
Mohammadi, H., Ismail, Y. M., Shariff, K. A., & Noor, A. F. (2021). Effect of Strontium
Substitution on Structural, Sinterability, Physicomechanical and Biological Properties
of Akermanite Ceramic. Journal of The Mechanical Behavior of Biomedical
Materials, 116.
Xu, W., Qin, C., Zhang, S., Liang, H., Lei, W., Luo, Z., et al. (2021). Thermal, Structural and
Electrical Properties of Fluorine-doped Li3.6Al0.8Ti4.0P7.6O30-x/2Fx (x = 0, 0.5, 1,
2) Gals-ceramic Electrolytes. Journal of Alloys and Compounds, 853.